翠云山特長隧道通風豎井設計與施工方案

崔柔柔

(河北省交通規劃設計研究院有限公司 石家莊市 050011)

0 引言

隧道我國山區高速公路修建，長大隧道通風方案已經成為關系隧道工程建設、投資和運營的重大影響因素。隧道機械通風方式分為縱向式、半橫向式、橫向式和組合通風方式，其中縱向式通風因其工程造價和運營費低的優點，逐漸成為長大隧道通風方式的首選。我國部分長大公路隧道通風方案如表1所示。

表1 國內部分長大公路隧道通風方案[1-6]

1 項目概況

延慶至崇禮高速公路河北段翠云山特長隧道起點位于距離崇禮縣棋盤梁村北1.2km處，終點位于距離崇禮縣窄面溝村東南1km處，為分離式隧道，左幅長8402m，右幅長8438m。隧址區屬大陸性季風氣候中溫帶亞干旱區，年平均氣溫3.7℃，年平均降雨量483.3mm，降雪早，全年積雪1.5m左右，最大凍土深度192cm。隧道地處冀北山區，巖性以花崗巖及變質片麻巖、花崗片麻巖為主，隧址區地形起伏較大，溝壑較發育。隧道區地表標高為1578.3～2127.9m，隧道最大埋深約440m。

在翠云山特長隧道右幅K99+787.91右側105m處設置通風豎井一座。通風豎井所在位置緊鄰翠云山森林公園，植被茂密，森林覆蓋率達85%，主要以落葉松為主。

本隧道采用直徑7m的通風豎井，深422.5m，巖性以片麻巖為主，其中Ⅴ級圍巖長21.5m，Ⅳ級圍巖長203m，Ⅲ圍巖長198m。通風豎井支護結構由初期支護及二次襯砌組成。

風機房分為地表風機房、地下風機房兩種方案[7]，結合本項目特點、環境、設計、施工、運營管理等因素，見表2，本隧道采用地下風機房，地下風機房圍巖以Ⅲ、Ⅳ級圍巖為主。

表2 風機房方案對比表

隧道主洞通過設置聯絡風道與通風豎井、地下風機房相連，同時設置運輸通道與逃生通道，通風系統平面布置圖如圖1所示。

圖1 翠云山特長隧道通風豎井平面布置圖

2 豎井結構設計

2.1 豎井襯砌支護參數

豎井內輪廓采用直徑為7m的圓形，豎井采用復合式襯砌。初期支護采用噴錨襯砌，為保證隧道內側壁光滑，降低通風阻力。豎井具體襯砌參數如表3所示。

表3 豎井復合式襯砌支護參數表

2.2 鎖口設計

豎井鎖口(圖2)采用55cm厚鋼筋混凝土結構，鎖口底部采用擴大基礎形式，鎖口主要承受施工期間提升系統、施工車輛和運營期通風塔等荷載。

圖2 豎井鎖口設計圖(單位：cm)

2.3 壁座設計

豎井為自下而上澆筑結構，當豎井采用復合式襯砌結構式，因模筑混凝土與初期支護間設有防水層，井壁摩擦力較小，為增加豎井井壁與圍巖相互作用，在豎井結構中設置井壁基座，壁座采用鋼筋混凝土結構，壁座嵌入圍巖內。豎井Ⅴ級圍巖段井壁基座設置間距為10m、Ⅳ級圍巖段設置間距為15m、Ⅲ級圍巖段設置間距為30m，壁座設計斷面如圖3所示。

圖3 豎井井壁基座設計圖

2.4 中隔板設計

豎井通過設置中隔板將豎井內輪廓分為送風、排風兩部分，中隔墻采用25cm厚鋼筋混凝土結構，豎井內輪廓如圖4所示。

圖4 豎井內輪廓斷面圖

3 豎井提升系統選型

3.1 井架

豎井井筒施工采用Ⅳg型井架，為滿足傘鉆懸掛高度，井架基礎加高1.0m。在基礎上方26.97m位置布置天輪平臺,在基礎上方11.6m位置布置翻碴平臺，布置兩個碴石溜槽，翻碴平臺設置自動翻碴裝置，碴石落地后鏟車裝運配合翻碴汽車排碴，豎井施工井架如圖5所示。

圖5 豎井施工井架現場照片

3.2 提升設備

提升系統選用兩套獨立的單鉤吊桶，主提選用一臺JKZ-3.2×3/16型礦井提升機，副提選用一臺JK-2.5/16型礦井提升機，主提配用6m3吊桶提升，副提配用3m3吊桶提升。提升天輪直徑采用Φ800mm的MZS2.1-0-1×0.8型鑿井天輪。豎井提升設備施工現場平面布置圖如圖6所示。

圖6 豎井施工現場平面布置圖

3.3 封口盤與吊盤

豎井封口盤見圖7，采用鋼結構，盤面鋪設8mm厚防滑網紋鋼板，各懸吊管線通過封口盤開口處應設置專用鐵蓋板，并確保鐵蓋板封堵嚴密。井筒掘砌期間采用鋼結構二層吊盤，見圖8，吊盤直徑Φ7.46m，盤間距為4m，采用四根立柱連接。上層盤為保護盤，下層盤為工作盤，在吊盤開口處設置中心回轉抓巖機。井筒吊盤采用6臺JZ-16/1300型鑿井絞車懸吊。

圖7 封口盤示意圖

圖8 吊盤示意圖

4 豎井施工方案

通風豎井采用“鉆機反井正向擴大法”(反井法)施工，需反井鉆機引孔、擴孔及人工鉆爆擴挖，渣體落入井底后運出，擴挖期間需進行初支作業，二襯由底部向上逐段灌注施工，施工工藝復雜，施工組織難度大，反井法施工流程如圖9所示。

圖9 反井法施工流程示意圖

4.1 導孔施工

采用BMC600反井鉆機進行導孔施工，導孔成直徑275mm，導孔與下部已完成開挖的主洞聯絡道相通。施工過程中配備蒙德納MDN-48KZ泥漿脈沖隨鉆測斜儀進行及時糾偏。

偏差主要受圍巖地質情況、巖層的走向等因素影響。在超深豎井中，控制偏差是施工難點。在反井鉆機施工過程中，可通過控制鉆壓、控制轉速、合理布置穩定鉆桿、加強測斜和及時糾偏等措施控制鉆孔偏斜。

4.2 擴孔施工

導孔施工完成后，在豎井底部聯絡風道處安裝擴孔鉆頭，采用反井鉆機擴孔Φ2m成井。當擴孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具，直到滾刀開始接觸巖石，然后停止上提，用低轉速旋轉，慢慢給進，確保鉆頭全部均勻接觸巖石，才能正常擴孔鉆進。

4.3 傘鉆正向開挖

豎井開挖采用傘架進行鉆孔正向掘進，見圖10。待反井鉆機擴孔形成溜渣孔后，在豎井井口安裝提升系統與傘鉆，豎井正向擴挖鑿巖設備采用SJZ-6.10型傘鉆，配備YGZ-70型導軌式獨立回轉鑿巖機。

圖10 傘鉆施工現場照片

豎井開挖采用光面爆破，根據工作面巖石堅硬程度，及時調整爆破參數，提高爆破效率。直眼分段擠壓式掏槽，掏槽眼、輔助眼和周邊眼嚴格按照爆破設計鉆孔。施工過程中應根據圍巖情況，不斷優化爆破設計，提高鉆眼，以提高爆破效果，確保光爆成型。

提升系統放至井底蓋住溜渣孔，防止打眼過程中人員墜落意外的發生，并為傘鉆提供操控平臺。將吊盤、溜渣孔井蓋及其它設備提至距離井底工作面40～50m的安全高度，并將溜渣防堵塞吊籠下放至掏槽眼底部下30cm處，進行起爆。

起爆后，井內進行通風排煙，排煙結束后緩慢將溜渣防堵塞吊籠提起，將爆破渣體通過防堵塞吊籠與溜渣孔井壁之間的縫隙進行溜渣，當出現堵塞現象時繼續加快提高吊籠，直至溜渣正常將防堵塞吊籠完全提起。

采用小型挖掘機清渣，渣體清入溜渣孔靠自重溜至井底，清渣時當發現粒徑過大渣塊采用風鎬破碎或打眼裝藥爆碎后再溜渣。

4.4 施作初期支護

通風豎井爆破完成后采用兩層工作吊盤為平臺及時進行初期支護作業，施工中根據圍巖情況，調整開挖、支護循環，“自上而下，隨掘隨護”，初期支護施工工藝依次為錨桿施作、鋼筋網片安裝、鋼拱架安裝、噴射混凝土；提升系統將兩層工作吊盤放至施作初期支護位置，施工所需的設備、材料由提升系統運送到工作吊盤。初期支護完成后須隨時檢查其變形情況。

4.5 壁座施工

通風豎井壁座需在豎井正向擴挖井壁成型后，進行人工擴挖、防排水施作、鋼筋綁扎在豎井滑模襯砌施作時與豎井襯砌分層澆筑成型。鋼筋混凝土壁座，與襯砌形成整體結構對豎井結構穩定起到重要作用。

壁座施工工藝為：豎井正向擴挖→工作盤放置在壁座下1.5m位置→人工進行壁座擴挖→開挖面修整→質檢檢驗成品→壁座錨固→噴射混凝土進行封閉→鋼筋綁扎→防排水施作→混凝土澆筑。

4.6 豎井二次襯砌滑膜施工

豎井二次襯砌采用由井底向井口方向分段整環施作，中隔墻與豎井二襯采用滑模施工方案一同澆筑。豎井井壁為單側滑模施工[8]，滑模系統由操作平臺系統、模板系統、液壓提升系統和輔助系統組成[9]。豎井二襯滑模施工吊盤各層作用如下：第一層盤鋪設防水材料，第二層盤用于綁扎外層鋼筋，第三層盤用于綁扎內層鋼筋及中隔墻鋼筋、組裝模板、澆注混凝土，第四層盤為拆模人員保護盤，第五層盤為拆模盤。

本項目采用1.2m高組合模板施工二次襯砌及中隔墻，從井底首次澆注二次襯砌及中隔墻混凝土。

4.7 豎井施工中安全管理

豎井施工過程中存在高空墜落、支架坍塌、觸電事故等風險，施工前應編制豎井施工專項施工方案和應急預案；在施工過程中嚴格落實“安全第一、預防為主、綜合治理”的安全生產方針。

(1)建立安全管理體系，加強施工現場安全管理工作，落實現場人員安全教育和培訓制度，完善安全文明施工設施，制定應急救援方案。

(2)提升系統設備應滿足安全檢驗合格要求，施工單位按規定做好日常檢修和維護工作；絞車工必須持證上崗，并進行專門培訓；提升機司機應確保安全保護裝置正常后，才能進行正常提升，同時控制提升速度。

(3)吊盤起落由把鉤工指揮，起落吊盤前應確認吊盤與井壁、井筒中固定設施無卡阻。

(4)豎井施工應設置防墜落安全措施，作業人員必須佩戴保險帶，在井蓋門、各通道口要蓋嚴封好；在吊盤使用工具必須固定好，提升鋼絲繩鉤頭、滑架、罐籠應按規定經常檢查，防止損壞墜落。

(5)豎井施工過程中做好鉆孔爆破安全管理工作，嚴格控制豎井掘進高度，并及時處理浮石圍巖，防止出現片幫落石傷人；在片幫的處理過程中，采用背板和錨網噴加強支護，防止二次片幫。

(6)加強豎井施工中通風、防塵、防火管理工作；同時做好冬季、雨季施工安全防護。

5 結語

翠云山特長隧道通風豎井按照設計要求如期完成豎井施工，豎井反井法和滑模施工在建設過程中取得較好效果，主要對翠云山特長隧道通風斜井設計、施工技術進行介紹，為今后類似工程提供參考依據。

(1)公路特長隧道采用通風豎井方案時，應選擇圍巖較好地段，降低工程造價和建設難度；采用地下風機房可減少豎井口占地，降低對環境的破壞，同時增加運營維護的便利性。

(2)豎井鎖口設計應與豎井提升系統相匹配，在井架、提升設備等荷載作用下確保施工安全。

(3)豎井采用反井法施工時，可減少破壞斜井口附近植被，有利于保護環境；施工時應控制導孔、擴孔偏差，在爆破開挖后，及時進行清渣處理，提高出渣通暢性，避免堵塞溜渣孔；豎井采用滑模施作二襯時，應加強滑模質量控制，提高二襯施工質量。